CN112384318A - 金刚石被覆工具 - Google Patents

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Abstract

该金刚石被覆工具包括：基材和被覆基材的金刚石层，其中：金刚石层包括与基材接触的第一区域；第一区域包括由基材和金刚石层之间的界面P以及与界面P的距离为2μm的假想面V1包围的区域S1；并且区域S1具有在随机方向上进行晶体生长的晶粒。

Description

金刚石被覆工具
技术领域
本公开涉及金刚石被覆工具。本申请要求基于在2018年7月2日提交的日本专利申请No.2018-126162的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
具有非常高的硬度的金刚石已经用于诸如切削工具、耐磨损工具、磨削工具和摩擦搅拌焊接工具之类的各种工具。特别是，在于20世纪80年代建立了采用化学气相沉积(CVD)方法的金刚石薄膜制造技术之后，已经开发了金刚石被覆工具。通过用金刚石被覆具有复杂曲面的切削工具的表面或耐磨工具的表面从而获得金刚石被覆工具。具有复杂曲面的切削工具的实例包括钻头、端铣刀等。耐磨工具的实例包括拉模。
日本专利特开No.2013-111711(专利文献1)公开了具有钨基硬质合金作为基体的金刚石被覆硬质合金切削工具，其中在基体上设置有金刚石膜。
日本专利特开No.5-179450(专利文献2)公开了一种硬质碳化钨制品，其具有被覆有金刚石膜的硬质碳化钨支持体。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2013-111711
专利文献2：日本专利特开No.5-179450
发明内容
根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具为这样一种金刚石被覆工具，其包括：基材；以及被覆基材的金刚石层，其中
金刚石层包括与基材接触的第一区域，
第一区域包括区域S1，该区域S1由基材和金刚石层之间的界面P以及与界面P相隔的距离为2μm的假想面V1包围，并且
区域S1具有在随机方向上生长的晶粒。
附图说明
图1为根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具的示意性截面图。
图2示出了根据本公开的一个实施方案(试样2(实施例))的金刚石被覆工具的截面的扫描透射电子显微镜(STEM)照片。
图3示出了根据本公开的其他实施方案的金刚石被覆工具的截面的扫描透射电子显微镜照片。
图4示出了图3所示的金刚石被覆工具的截面的测定视野的扫描透射电子显微镜照片。
图5示出了图3所示的金刚石被覆工具的截面的测定视野的扫描透射电子显微镜照片。
图6示出了试样1(比较例)的金刚石被覆工具的截面的扫描透射电子显微镜照片。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
人们对于金刚石被覆工具作为用于纤维增强塑料(FRP)、非金属、玻璃、金属模具用高脆性材料的硬质合金以及诸如陶瓷之类的难切削材料的加工工具的需求逐渐增加。在飞行器工业中对纤维增强塑料的需求增加。当将金刚石被覆工具应用于难切削材料的加工时，在加工期间可能发生磨损，其结果是工具寿命趋于缩短。
近年来，对高效加工的要求变得严格。在上述难切削材料的加工中也需要这种高效加工。当将金刚石被覆工具应用于难切削材料的高效加工时，在基材和金刚石层之间可能发生膜剥离，其结果是工具寿命趋于缩短。
因此，本公开的目的是提供即使在难切削材料的高效加工中也可以具有长工具寿命的金刚石被覆工具。
[本公开的有利效果]
根据上述实施方案，金刚石被覆工具即使在难切削材料的高效加工中也可以具有长工具寿命。
[实施方案的描述]
首先，列举并描述了本公开的实施方案。
(1)根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具为这样一种金刚石被覆工具，其包括：基材；以及被覆基材的金刚石层，其中
金刚石层包括与基材接触的第一区域，
第一区域包括区域S1，该区域S1由基材和金刚石层之间的界面P以及与界面P相隔的距离为2μm的假想面V1包围，并且
区域S1具有在随机方向上生长的晶粒。
根据上述实施方案，即使在难切削材料的高效加工中，金刚石被覆工具也可以具有长工具寿命。
(2)优选地，第一区域包括体积平均粒径r1为0.1μm以上2μm以下的金刚石颗粒。因此，在基材和金刚石层之间的界面附近的金刚石晶体的成核密度变高，其结果是基材和金刚石层之间的密着力提高。
(3)优选地，金刚石层包括在第一区域上形成的第二区域，第二区域包括一个以上的单元层，单元层包括与第一区域接触的第一单元层，并且r1与r2的比率(r1/r2)为0.05以上20以下，其中r2表示第一单元层中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径。
因此，可以获得用于广泛材料的长寿命工具。广泛材料的实例包括：诸如硬质合金之类的高脆性材料；诸如CFRP(碳纤维增强塑料)之类的复合材料；等等。
(4)优选地，金刚石层包括在第一区域上形成的第二区域，第二区域包括一个以上的单元层，并且第一区域的平均残余应力σ1不同于与第一区域接触的第一单元层的平均残余应力σ2。因此，通过层之间的应力的差异抑制裂纹的发展，并且层之间的密着力优异。
(5)优选地，金刚石层包括在所述第一区域上形成的第二区域，第二区域包括一个以上的单元层，并且
I1和I2的比率(I1/I2)为0.002以上0.02以下，其中I1表示第一区域的sp3强度比，并且I2表示与第一区域接触的第一单元层的sp3强度比。
因此，可以获得用于广泛材料的长寿命工具。广泛材料的实例包括：诸如硬质合金之类的高脆性材料；诸如CFRP(碳纤维增强塑料)之类的复合材料；等等。
(6)优选地，第二区域包括两个以上的单元层，并且两个以上的单元层具有各自不同的平均粒径。因此，抑制了裂纹的发展。
(7)优选地，第二区域包括两个以上的单元层，并且两个以上的单元层具有各自不同的平均残余应力。因此，通过层之间的应力的差异抑制裂纹的发展，并且层之间的密着力优异。
(8)优选地，第二区域包括两个以上的单元层，并且两个以上的单元层具有各自不同的sp3强度比。因此，抑制了裂纹的发展，并且最外层为硬质金刚石膜，从而得到更高的耐磨性。
(9)优选地，单元层包含柱状晶体。因此，抑制了沿垂直于金刚石膜的晶体生长轴的方向发展的裂纹的生成。
(10)优选地，基材包含体积平均粒径为0.1μm以上10μm以下的硬质颗粒。因此，提高了基材和金刚石层之间的密着力。
(11)优选地，基材的表面的算术平均粗糙度Sa为0.1μm以上10μm以下。因此，提高了基材和金刚石层之间的密着力。
(12)优选地，在由界面P和与界面P相隔的距离为1μm的假想面V2包围的区域S3中，基材的Co含量为0.01质量％以上4质量％以下。因此，提高了基材和金刚石层之间的密着力。
[本公开的实施方案的细节]
以下将参考附图描述根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具的具体实例。
在图中，相同的附图标记表示相同或等同的部分。为了附图的清楚和简化，适当地改变诸如长度、宽度、厚度和深度之类的尺寸，并且这些尺寸不表示实际尺寸。
<金刚石被覆工具>
将参考图1至图5描述根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具。图1为根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具的示意性截面图。图2示出了根据本公开的一个实施方案的金刚石被覆工具的截面的扫描透射电子显微镜(STEM)照片。图3示出了根据本公开的另一实施方案的金刚石被覆工具的截面的扫描透射电子显微镜照片。图4和图5各自示出了图3所示的金刚石被覆工具的截面的测定视野的扫描透射电子显微镜照片。
如图1所示，金刚石被覆工具1包括基材2和被覆基材2的金刚石层3。除了基材和金刚石层以外，金刚石被覆工具可包括任何其他构成。金刚石层优选被覆基材的整个表面；然而，其中一部分未被覆金刚石层的基材并不脱离本实施方案的范围。
<金刚石层>
在本实施方案中，金刚石层3包括与基材2接触的第一区域3A，并且第一区域3A包括由基材2和金刚石层3之间的界面P以及与界面P相隔的距离为2μm的假想面V1(假想面V1位于金刚石层3内)包围的区域S1。在此，本实施方案的金刚石层3中的区域S1具有在随机方向上生长的晶粒。因此，即使在难切削材料的高效加工中，金刚石被覆工具也可以具有长工具寿命。为什么可以实现这一点是未知的；然而，本发明人推测这是由于以下原因(i)和(ii)而实现的。
(i)由于在晶粒以随机方向生长的区域中，晶体生长方向是各向异性的，因此不易于在指定方向上发生解理，其结果是强度提高。因此，在工具使用期间，在基材和金刚石层之间的界面附近不易于发生由金刚石层的破损导致的剥离，并且基材和金刚石层彼此牢固地密着。因此，金刚石被覆工具可以具有长工具寿命。
(ii)由于在晶粒以随机方向生长的区域中，晶体生长方向是各向异性的，因此即使当工具使用期间产生裂纹时，也可以抑制裂纹的发展。因此，包括这种区域的金刚石被覆工具可以具有长工具寿命。
在本说明书中，可以根据以下过程(a-1)至(a-5)确认“区域S1具有在随机方向上生长的晶粒”这一事实。
(a-1)测定视野的确定
使用金刚石锯片从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入到树脂中。然后，对其截面进行截面抛光加工(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，设定五个矩形测定视野。各测定视野的宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且高度(垂直于界面P的方向)为5μm。将各测定视野设定在这样的位置，以使得各测定视野的高度将区域S1的在垂直于界面P的方向上的全部高度(2μm)包括在内。
如图3所示，当实际界面具有凹凸时，通过以下过程设置界面P。在测定试样的截面的实际界面中，设置这样的假想线P1，该假想线P1通过朝向基材2侧突出程度最大的尖端T1，并且与金刚石层3的上表面Q平行(当上表面Q具有凹凸时，则与上表面Q的凹凸的平均高度的平面Q1(以下，也称为“基准面Q1”)平行)，并且设置这样的假想线P2，该假想线P2通过朝向金刚石层3侧突出程度最大的尖端T2，并且与金刚石层3的上表面Q(基准面Q1)平行。位于假想线P1与P2之间的中间线表示界面P。
(a-2)测定视野的图像拍摄
使用以下仪器并在以下条件下拍摄各测定视野的图像。
扫描透射电子显微镜：由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”。
图像拍摄条件：20000倍的放大倍率，光场图像。
(a-3)拍摄的扫描透射电子显微镜照片的处理
使用以下图像处理软件，按照以下的处理过程对上述(a-2)中拍摄的扫描透射电子显微镜照片进行图像处理。参考图4和图5描述以下处理过程，图4和图5各自示出了测定视野的示例性扫描透射电子显微镜照片。
图像处理软件：由Mitani Corporation提供的“winroof”。
处理过程：在由界面P和在朝向膜的表面侧的方向上与界面P相隔的距离为2μm的假想面V1包围的区域S1中，指定晶体生长方向相对于如上设定的界面P为90°的各晶粒。然后，在这些晶粒上绘制第一基准线。在图4和图5中由D1、D2和D3表示第一基准线。
指定晶体生长方向相对于各第一基准线为45°的各晶粒，并且在这些晶粒上绘制第二基准线。各第二基准线为由其与第一基准线的交点至其与另一第二基准线的交点的线段。在图4和图5中，E1和E2表示相对于第一基准线D1的角度均为45°的第二基准线，E3和E4表示相对于第一基准线D2的角度均为45°的第二基准线，并且E5和E6表示相对于第一基准线D3的角度均为45°的第二基准线。
在区域S1中，指定位于第二基准线上以及位于第二基准线的界面P一侧的区域(以下，也称为“随机生长晶粒区域”)。在图5中，随机生长晶粒区域是包括由斜线表示的区域A1、A2、A3和A4的区域。下面描述了指定区域A1、A2、A3和A4的方法。
在图5中，将由第一基准线D1、第二基准线E1、假想面V1、测定视野的框线F1和界面P包围的区域指定为区域A1。将由第一基准线D2、第二基准线E2、E3和界面P包围的区域指定为区域A2。将由第一基准线D2、D3、第二基准线E4、E5和界面P包围的区域指定为区域S3。将由第一基准线D3、第二基准线E6、测定视野的框线F2和界面P包围的区域指定为区域A4。
(a-4)图像的分析
从上述(a-3)获得的图像中，计算位于第二基准线上以及位于第二基准线的界面P一侧的区域(随机生长晶粒区域)相对于测定视野中的区域S1的总面积的面积比(以下，也称为“随机生长晶粒的面积比”)。
(a-5)标准
计算五个测定视野中的“随机生长晶粒的面积比”的平均值。当平均值为20％以上时，确定“区域S1具有在随机方向上生长的晶粒”。
随机生长晶粒的面积比的平均值优选为20％以上，并且更优选为40％以上。当上述平均值小于20％时，趋于不易于获得提高基材和金刚石层之间的密着力的效果。由于随机生长晶粒的面积比更大是更为优选的，因此不特别设定其上限值；然而，从制造的角度考虑，随机生长晶粒的面积比的平均值优选为80％以下。
在图1所示的金刚石被覆工具1中，第一区域3A不仅包括区域S1，还包括与区域S1连续形成的区域S2(对应于图1中的附图标记12)。第一区域3A可以仅由区域S1构成，而不包括区域S2。
当除了区域S1以外，第一区域3A还包括区域S2时，通过使用SEM(扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)或STEM(扫描透射电子显微镜)观察膜的截面，可以确认连续形成了区域S1和区域S2。
在区域S2中，随机生长晶粒的面积比的平均值优选为1％以上60％以下，更优选为5％以上50％以下，并且进一步优选为10％以上50％以下。由此，由于晶体生长方向是各向异性的，因此即使当工具使用期间产生裂纹时，也可以抑制裂纹的发展。可以按照以下过程(a'-1)至(a'-4)测定区域S2中随机生长晶粒的面积比。
(a'-1)测定视野的确定
使用金刚石锯片从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入到树脂中。然后，对其截面进行截面抛光加工(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，随机选择五个矩形测定视野。各测定视野的宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且其高度(垂直于界面P的方向)将区域S2的全部高度(垂直于界面P的方向)包括在内。将各测定视野设定在这样的位置，以使得各测定视野的高度将区域S2的在垂直于界面P的方向上的全部高度包括在内。
(a'-2)测定视野的图像拍摄
使用以下仪器并在以下条件下拍摄各测定视野的图像。
扫描透射电子显微镜：由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”。
图像拍摄条件：20000倍的放大倍率，光场图像。
(a'-3)拍摄的扫描透射电子显微镜照片的处理
使用以下图像处理软件，按照以下的处理过程对上述(a'-2)中拍摄的扫描透射电子显微镜照片进行图像处理。
图像处理软件：由Mitani Corporation提供的“Winroof”。
处理过程：在区域S2中指定晶体生长方向相对于界面P为90°的各晶粒，并且在晶粒上绘制第一基准线。
指定晶体生长方向相对于各第一基准线为45°的各晶粒，并且在这些晶粒上绘制第二基准线。各第二基准线为由其与第一基准线的交点至其与另一条第二基准线的交点的线段。
在区域S2中，指定位于第二基准线上以及位于第二基准线的界面P一侧的区域(以下，也称为“随机生长晶粒区域”)。
(a'-4)图像的分析
从上述(a'-3)获得的图像中，计算位于第二基准线上以及位于第二基准线的界面P一侧的区域(随机生长晶粒区域)相对于测定视野中的区域S2的总面积的面积比(以下，也称为“随机生长晶粒的面积比”)。
第一区域中的区域S1的体积分数优选为1体积％以上100体积％以下，更优选为6体积％以上100体积％以下，并且进一步优选为8体积％以上100体积％以下。另一方面，第一区域中的区域S2的体积分数优选为0体积％以上且小于99体积％，更优选为0体积％以上且小于92体积％，并且进一步优选为0体积％以上且小于86体积％。这使得在基材和金刚石之间具有非常优异的密着性，并且具有非常优异的抑制裂纹的发展的效果。
可通过测定金刚石被覆工具的截面中的区域S1和区域S2的面积，从而分别计算第一区域中的区域S1和区域S2的体积分数。具体而言，可以根据以下(b-1)至(b-4)的过程来进行计算。
(b-1)测定视野的确定
使用金刚石锯片从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入树脂中。然后，对其截面进行截面抛光处理(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，随机选择五个矩形测定视野。各测定视野的宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且高度(垂直于界面P的方向)将第一区域的全部高度(垂直于界面P的方向)包括在内。
(b-2)测定视野的图像拍摄
使用以下仪器并在以下条件下拍摄各测定视野的图像。
扫描透射电子显微镜：由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”。
图像拍摄条件：20000倍的放大倍率，光场图像。
(b-3)拍摄图像的处理
使用以下图像处理软件，按照以下过程对上述(b-2)中拍摄的图像进行图像处理。
图像处理软件：由Mitani Corporation提供的“winroof”。
处理过程：用线包围区域S1和区域S2，并且用不同的图案填充区域S1和区域S2。
(b-4)图像的分析
从上述(b-3)获得的图像中，计算“区域S1相对于第一区域的面积的面积比”和“区域S2相对于第一区域的全部面积的面积比”。
五个测定视野中的“区域S1相对于第一区域的全部面积的面积比”的平均值对应于“第一区域中的区域S1的体积分数”。五个测定视野中的“区域S2相对于第一区域的全部面积的面积比”的平均值对应于“第一区域中的区域S2的体积分数”。
第一区域优选包含体积平均粒径r1为0.1μm以上2μm以下的金刚石颗粒。因此，在基材和金刚石层之间的界面附近的金刚石晶体的成核密度变高，其结果是基材和金刚石层之间的密着力提高。金刚石颗粒的体积平均粒径r1更优选为0.1μm以上1.5μm以下，并且进一步优选为0.1μm以上1μm以下。
在本说明书中，“体积平均粒径”是指基于体积的粒径分布(体积分布)中的中值粒径(d50)。表述“包含于第一区域中的金刚石颗粒的体积平均粒径”旨在表示包含于第一区域中的所有金刚石颗粒的体积平均粒径。
可以根据以下(c-1)至(c-4)的过程测量用于计算金刚石颗粒的体积平均粒径的各颗粒的粒径以及金刚石颗粒的体积平均粒径。
(c-1)测定视野的确定
使用金刚石锯片从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入树脂中。然后，对其截面进行截面抛光处理(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，随机选择宽度(平行于界面P的方向)为6μm且高度为5μm的一个矩形测定视野。将测定视野设定在这样的位置，以使得测定视野的高度将第一区域3A的在垂直于界面P的方向上的全部高度包括在内。
(c-2)测定视野的观察
使用以下仪器并在以下条件下拍摄测定视野的图像。
扫描透射电子显微镜：由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”。
图像拍摄条件：5000倍的放大倍率，光场图像。
(c-3)外接圆当量直径的测定
在上述(c-2)中获得的反射电子图像中，测量与各金刚石颗粒外接的圆的直径(即，外接圆当量直径)。在本说明书中，外接圆当量直径表示金刚石颗粒的粒径。
(c-4)体积平均粒径的计算
对测定视野中的所有金刚石颗粒的粒径进行测定，并基于粒径的值计算体积平均粒径。基于测定视野中的全部金刚石颗粒计算出的体积平均粒径对应于“第一区域所包含的金刚石颗粒的体积平均粒径”。
如图1所示，金刚石层3可包括形成在第一区域3A上的第二区域3B。可以通过使用SEM(扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)或STEM(扫描透射电子显微镜)观察膜的截面来确认第一区域3A和第二区域3B之间的界面。
第二区域3B可以包括一个以上的单元层。在图1中，第二区域3B包括两个单元层，即第一单元层3c和第二单元层3d；然而，单元层的数量不限于两个。第二区域中包括的单元层的数量可为一个，或者可为三个以上。
r1和r2的比率(r1/r2)优选为0.05以上20以下，其中r1表示第一区域3A中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径，并且r2表示与第一区域3A接触的第一单元层3c中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径。因此，可以获得用于广泛的材料的长寿命工具。广泛的材料的实例包括：高脆性材料，例如硬质合金；复合材料，例如CFRP；等。比率(r1/r2)更优选为0.1以上20以下，并且进一步优选为0.1以上10以下。比率(r1/r2)可为0.1以上1以下，或者也可为0.1以上0.6以下。
计算第一单元层3c中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r2的方法与计算第一区域3A中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r1的方法基本相同。其不同之处在于，设定一个矩形的测定视野，使得其宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且其高度将第一单元层3c的垂直于界面P的方向上的全部高度包括在内。将测定视野设定在这样的位置，以使得测定视野的高度将第一单元层的全部高度(垂直于界面P的方向)包括在内。
当第一单元层3c中所含的各金刚石颗粒是柱状晶体时，可以通过以下方法测量各颗粒的粒径。在以上(c-2)中获得的反射电子图像中，认为由与基于l和w计算的晶粒的面积(l×w)相等的正圆的直径来表示金刚石颗粒的粒径，其中l表示金刚石颗粒的纵向方向上的颗粒长度，并且w表示金刚石颗粒的在垂直于纵向方向的方向上的颗粒宽度。在本说明书中，将术语“柱状晶体”定义为纵横比(l/w)值为2以上的晶体。
r2优选为0.1μm以上20μm以下，更优选为0.5μm以上10μm以下，并且进一步优选为0.5μm以上5μm以下。r2可为0.5μm以上2μm以下，或者可为0.5μm以上1μm以下。
第二区域3B可以包括两个以上的单元层。在这种情况下，两个以上的单元层优选包含具有各自不同的体积平均粒径的金刚石颗粒。例如，在图1所示的金刚石被覆工具1中，第一单元层3c中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r2优选为与第二单元层3d中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r3不同。因此，抑制了在层之间的边界处的裂纹的发展。
认为第x单元层和第(x+1)单元层是第二区域中的相邻单元层，rx和r(x+1)的比率(rx/r(x+1))优选为0.1以上20以下，更优选为0.5以上10以下，并且进一步优选为0.5以上5以下，其中rx表示第x单元层中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径，并且r(x+1)表示第(x+1)单元层中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径。因此，通过调节各层的膜品质，能够形成可以应对在较宽范围的条件下对广泛的材料进行加工的膜。
计算第x单元层中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径rx的方法与计算第一区域3A中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r1的方法基本相同。它们之间的不同之处在于，设定一个矩形测定视野，使得其宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且其高度将第x单元层的垂直于界面P的方向上的全部高度包括在内。
优选地，金刚石层3包括形成在第一区域3A上的第二区域3B，第二区域3B包括一个以上的单元层，并且第一区域3A的平均残余应力不同于与第一区域3A接触的第一单元层3c的平均残余应力。因此，由于整体金刚石层具有压缩残余应力，因此在工具使用期间抑制了裂纹的发展，从而提高了金刚石被覆工具的耐磨性。
压缩残余应力是金刚石层中的一种内应力(固有应变)，并且由负数值(单位：GPa)表示。另一方面，拉伸残余应力是金刚石层中的一种内应力，并且由正数值(单位：GPa)表示。在本说明书中，术语“残余应力”(也包括0GPa的情况)表示包括压缩残余应力和拉伸残余应力的概念。
第一区域的平均残余应力σ1优选为-3GPa以上3GPa以下，更优选为-2GPa以上2GPa以下，并且进一步优选为-1GPa以上1GPa以下。
第一单元层的平均残余应力σ2优选为-3GPa以上2GPa以下，更优选为-2.5GPa以上1GPa以下，并且进一步优选为-2GPa以上1GPa以下。
第一区域的平均残余应力σ1和第一单元层的平均残余应力σ2之间的差(σ1-σ2)的绝对值优选为0.01以上3以下，更优选为0.05以上2以下，并且进一步优选为0.1以上1.5以下。因此，层之间的应力的差异抑制裂纹的发展，并且层之间的密着力优异。
第二区域3B可以包括两个以上的单元层。在这种情况下，两个以上的单元层优选具有不同的平均残余应力。例如，在图1所示的金刚石被覆工具1中，第一单元层3c的平均残余应力σ2优选为与第二单元层3d的平均残余应力σ3不同。因此，层之间的应力的差异抑制了裂纹的发展，并且层之间的密着力优异。
认为第x单元层和第(x+1)单元层为第二区域中的相邻单元层，第x单元层的平均残余应力σx与第(x+1)单元层的平均残余应力σ(x+1)之间的差(σx-σ(x+1))的绝对值优选为0.01以上3以下，更优选为0.05以上2以下，并且进一步优选为0.1以上1.5以下。因此，层之间的应力的差异抑制了裂纹的发展，并且层之间的密着力优异。
金刚石层3整体的平均残余应力优选为-5GPa以上5GPa以下，更优选为-3GPa以上3GPa以下，并且进一步优选为-2GPa以上2GPa以下。当残余应力大于5GPa时，金刚石层的刚性可能不足。当残余应力小于-5GPa时，金刚石层可能发生自破损。
在本说明书中，可以通过拉曼光谱测定“平均残余应力”。以下描述测定技术的细节。
当通过拉曼光谱分析金刚石晶体时，在获得的拉曼光谱上在1332cm-1附近观察到尖锐的光谱。这是源自金刚石结构的光学声子的峰。当由于诸如金刚石晶体中的应力之类的因素引起应变时，晶体中的键中也引起应变。因此，由拉曼光谱获得的材料的振动和声子散射也受到应变的影响，从而改变其能量。在拉曼光谱中，可以以峰位移的形式观察到这些应变中的每一个应变。因此，通过测定与无应力的试样间的峰值的差，可以计算测定试样的应力。
具体而言，将具有特定单波长的激光发射到试样上，并且由分光仪和光电倍增管接收从试样散射的斯托克斯散射光，从而获得拉曼光谱。作为测定装置，(例如)可以使用由HORIBA JOBIN YVON提供的“LabRAM HR-800”。
在测定方法中，从已经进行了截面加工的试样的金刚石膜的表层到金刚石膜与基材的界面，以线性方式进行定点分析，从而获得在各点处的拉曼光谱。然后，用洛伦兹函数拟合金刚石的峰，从而获得其峰位置ν。接下来，计算与金刚石粉末的拉曼光谱的峰位置ν0的差Δ，其中金刚石粉末是应力为0的标准试样。通过将获得的差Δ乘以应力转换因子0.617(GPa/cm-1)(参考：Diamond and Related Materials，第5卷，1996，1159-1165页)，可以计算整体膜的应力。
对于以上使用的光源，(例如)可以使用半导体激光光源(波长为532nm)。此外，激光光源的强度理想地为约0.1mW至1.0mW。
通过截面抛光加工，理想地使试样的截面变得平滑。因此，可以获得具有高强度的精确拉曼光谱。
金刚石层3包括形成在第一区域3A上的第二区域3B，第二区域3B包括一个以上的单元层，并且I1和I2的比率(I1/I2)优选为0.1以上10以下，其中I1表示第一区域3A的sp3强度比，并且I2表示与第一区域3A接触的第一单元层3c的sp3强度比。因此，可以获得用于广泛的材料的长寿命工具。广泛的材料的实例包括：高脆性材料，例如硬质合金；复合材料，例如CFRP(碳纤维增强塑料)；等等。比率(I1/I2)更优选为0.15以上6.5以下，并且进一步优选为0.25以上4以下。
在本说明书中，术语“sp3强度比”表示第一区域中或各单元层中所含的全部键中sp3键的比率的概念。第一区域中或各单元层中所含的键的类型的实例包括：金刚石晶体中的sp3键；以及存在于晶界中的无定形碳的sp2键。
可以根据以下过程(d-1)至(d-3)计算“sp3强度比”。
(d-1)拉曼光谱分析
对于第一区域或各单元层，根据JIS-K0137(2010)使用激光拉曼测定方法测定光谱。对于拉曼光谱装置，使用由Nanophoton Corporation提供的“Ramantouch”。
(d-2)光谱的处理
通过使用以下软件对上述(d-1)中获得的光谱进行多重散射消除处理来进行峰分割处理。
图像处理软件：由Nanophoton Corporation提供的“Ramanimager”。
(d-3)光谱的分析
从以上(d-2)中获得并且已经通过峰分割处理的光谱中，计算由金刚石结构的光学声子引起的波数为1332cm-1附近的峰的积分强度相对于全部光谱的积分强度。所得值表示“sp3强度比”。在此，sp3强度比根据使用的激光波长而大幅变化。因此，在本说明书中，将使用波长为532nm的激光光源进行测定时获得的值定义为sp3强度比。
第一区域的sp3强度比I1优选为0.002以上0.02以下，更优选为0.005以上0.02以下，并且进一步优选为0.01以上0.02以下。第一单元层的sp3强度比I2优选为0.002以上0.02以下，更优选为0.004以上0.0015以下，并且进一步优选为0.005以上0.01以下。因此，第一区域和第一单元层各自具有高硬度和优异的膜品质。
第二区域3B可以包括两个以上的单元层。在这种情况下，两个以上的单元层优选具有不同的sp3强度比。例如，在图1所示的金刚石被覆工具1中，第一单元层3c的sp3强度比I2和第二单元层3d的sp3强度比I3优选为彼此不同。因此，抑制了裂纹的发展并提高了耐磨性。
认为第x单元层和第(x+1)单元层为第二区域中的相邻单元层，Ix与I(x+1)的比率(Ix/I(x+1))优选为0.1以上10以下，更优选为0.15以上6.5以下，并且进一步优选为0.25以上4以下，其中Ix表示第x单元层的sp3强度比，并且I(x+1)表示第(x+1)单元层的sp3强度比。因此，抑制了裂纹的发展并提高了耐磨性。
第一区域的厚度优选为0.1μm以上20μm以下，更优选为0.5μm以上15μm以下，并且进一步优选为0.5μm以上10μm以下。这导致在基材和金刚石之间的非常优异的密着性和非常优异的抑制裂纹的发展的效果。
第二区域的厚度优选为0.1μm以上20μm以下，更优选为0.2μm以上15μm以下，并且进一步优选为0.2μm以上10μm以下。这导致在基材和金刚石之间的非常优异的密着性和非常优异的抑制裂纹的发展的效果。
在本说明书中，术语“厚度”是指在平行于金刚石被覆工具的基材和金刚石层之间的界面P的法线的截面中，在与法线平行的方向上的长度。可以使用膜截面SEM(扫描电子显微镜)观察图像测量厚度。
第二区域中所包括的各单元层的厚度优选为0.1μm以上20μm以下，更优选为0.1μm以上10μm以下，并且进一步优选为0.2μm以上5μm以下。
第二区域中所包括的各单元层优选包含柱状晶体。因此，抑制了裂纹沿垂直于金刚石膜的晶体生长轴的方向发展。
各单元层可以完全仅由柱状晶体区域构成，或者可以不仅具有柱状晶体区域而且还具有其他晶体区域。各单元层中的柱状晶体区域的比率优选为50体积％以上，更优选为70体积％以上，并且进一步优选为90体积％以上。
在本说明书中，术语“柱状晶体”是指相比于界面P的面方向(图1中的水平方向)，晶体生长方向更接近界面P的法线方向(图1中的垂直方向)、即金刚石层的厚度方向的晶体。例如，这种柱状晶体具有宽度(直径)w为50nm以上500nm以下且在生长方向上的长度l为1000nm以上10000nm以下的形状。柱状晶体区域是指由上述柱状晶体构成的区域。
在本说明书中，可以根据以下过程(e-1)至(e-5)计算各单元层的“柱状晶体区域的比率”。
(e-1)测定视野的确定
使用金刚石锯片从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入树脂中。然后，对其截面进行截面抛光处理(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，在各单元层内，随机选择五个矩形测定视野。各测定视野的宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且其高度(垂直于界面P的方向)将各单元层的全部高度(垂直于界面P的方向)包括在内。
(e-2)测定视野的图像拍摄
使用以下仪器并在以下条件下拍摄各测定视野的图像。
扫描透射电子显微镜：由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”。
图像拍摄条件：20000倍的放大倍率，光场图像。
(e-3)拍摄图像的处理
根据以下过程，使用以下图像处理软件对以上(e-2)中拍摄的图像进行图像处理。
图像处理软件：由Mitani Corporation提供的“Winroof”。
为了明确各单元层的晶粒的晶界，调节对比度以通过线划分为各自宽度(直径)w为50nm以上500nm以下且生长方向上的长度l为1000nm以上10000nm以下的晶粒的区域(柱状晶体区域)。
(e-4)图像的分析
从以上(e-3)获得的图像中，计算划分区域(柱状晶体区域)的面积。
(e-5)各单元层中柱状晶体区域的比率的计算
在五个测定视野中的每一个测定视野中，测定在(e-4)中划分的区域相对于测定视野中的单元层的总面积的面积比率(以下，也称为“柱状晶体的面积比率”)。计算五个测定视野中的“柱状晶体的面积比率”的平均值。平均值表示“柱状晶体区域的比率”。
<基材>
对于本公开的金刚石被覆工具的基材，可以使用包含公知的硬质颗粒的基材。这样的基材的实例可以包括(例如)硬质合金(例如WC基硬质合金、除了包含WC之外还包含Co的材料、或者进一步添加了Ti、Ta、Nb等的碳氮化物等的材料)、金属陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等构成)、高速钢、工具钢、陶瓷(例如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝以及它们的混合物)、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体等。
作为本实施方案的基材2，优选的是使用硬质合金。因此，可以容易地将金刚石层的残余应力控制在上述范围内。
基材2优选包含体积平均粒径为0.1μm以上10μm以下的硬质颗粒。因此，提高了基材2和金刚石层3之间的密着力。硬质颗粒的体积平均粒径更优选为0.1μm以上5μm以下，并且进一步优选为0.2μm以上3μm以下。
测量硬质颗粒的体积平均粒径的方法与计算第一区域3A中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径r1的方法基本相同。它们之间的不同之处在于：设定这样一个矩形测定视野，使得其宽度(平行于界面P的方向)为6μm，并且其高度将基材的垂直于界面P的方向上的全部高度包括在内；并且测量硬质颗粒的外接圆当量直径(粒径)而不是测量金刚石颗粒的外接圆当量直径。将测定视野设定在这样的位置，以使得其高度将基材的全部高度包括在内。对测定视野内的全部硬质颗粒的外接圆当量直径(粒径)进行测定，并基于这些值计算出体积平均粒径。
基材2中的硬质颗粒的体积分数优选为85体积％以上99体积％以下，更优选为90体积％以上97体积％以下，并且进一步优选为92体积％以上96体积％以下。
基材2的表面的算术平均粗糙度Sa优选为0.1μm以上10μm以下。上述“表面”是指被覆有金刚石层的表面，并且是指作为与金刚石层的界面的部分。因此，提高了基材和金刚石层之间的密着力，并且工具寿命变长。算术平均粗糙度Sa更优选为0.1μm以上8μm以下，并且进一步优选为0.1μm以上7μm以下。
算术平均粗糙度Sa是基于ISO25178测定的值。对于测定装置，使用光学激光显微镜(由Olympus提供的“LEXT OLS3500”(商品名)，其中激光波长为408nm，水平空间分辨率为120nm并且高度分辨率为10nm)。
当基材2被覆有金刚石层3时，在由基材2和金刚石层3之间的界面P以及与界面P相隔的距离为1μm的假想面V2(假想面V2位于基材2内)包围的区域S3(对应于图1中的附图标记13)中，Co(钴)元素的含量(以下，也称为“基材表面的Co含量”)优选为0.01质量％以上4质量％以下。因此，提高了基材和金刚石层之间的密着力。基材的区域S3中的Co含量更优选为0.01质量％以上3.5质量％以下，并且进一步优选为0.01质量％以上3质量％以下。
通过能量色散X射线光谱法(EDX)测定基材的区域S3中的Co含量。具体而言，使用金刚石锯片等从金刚石被覆工具上切下测定试样，并将其嵌入到树脂中。然后，对其截面进行截面抛光加工(以下，也称为“CP加工”)。进行上述切割和CP加工，使得截面平行于基材和金刚石层之间的界面P的法线。
在截面中，在区域S3中随机选择宽度(平行于界面P的方向)为6μm且高度(垂直于界面P的方向)为5μm的一个矩形测定视野，并且测定Co含量(质量％)。将测定视野设定在这样的位置，使得其高度将区域S3的全部高度(垂直于界面P的方向；1μm)包括在内。对于EDX装置，使用由JEOl提供的“SD100GV”。
<金刚石被覆工具的制造方法>
根据本实施方案的金刚石被覆工具的制造方法没有特别地限制。例如，金刚石被覆工具的制造方法可以包括：准备基材的步骤(以下，也称为“基材准备步骤”)；以及通过化学气相沉积法在基材上形成金刚石层而获得金刚石被覆工具的步骤(以下，也称为“金刚石层形成步骤”)。
(基材准备步骤)
作为基材，准备上述实施方案的基材。优选的是，对基材进行表面处理，例如喷砂处理或蚀刻处理。因此，去除了基材表面上的氧化膜或污染物。此外，通过增加基材的表面粗糙度，基材和金刚石层之间的密着力提高。
例如，可以通过将粒径为30μm的SiC以0.15MPa至0.35MPa的喷射压力喷射到基材上来进行喷砂处理。
例如，通过利用30％硝酸进行的酸溶液处理以及利用Murakami试剂进行的碱处理来进行蚀刻处理。
(金刚石层形成步骤)
在通过基材准备步骤获得的基材的表面上涂布金刚石粉末(金刚石晶种)以进行接种处理。在这种情况下，金刚石晶种之间的间隔优选为0.1μm以上10μm以下，并且更优选为0.1μm以上5μm以下。
接下来，通过CVD法在基材的接种了金刚石晶种的表面上形成金刚石层，从而获得金刚石被覆工具。对于CVD法，可以使用常规已知的CVD法。例如，可以使用微波等离子体CVD法、等离子体喷射CVD法、热丝CVD法等。
例如，可以通过如下方式形成第一区域：将基材置于热丝CVD装置中，将甲烷气体和氢气以0.5:99.5至10:90的基于体积的混合比引入到装置中，并且将基材温度维持在700℃以上900℃以下。
例如，可以通过如下方式形成第二区域：将基材置于热丝CVD装置中，将甲烷气体和氢气以0.01:99.99至10:90的基于体积的混合比引入到装置中，并且将基材温度维持在700℃以上900℃以下。
当第二区域包括两个以上的单元层时，对于各单元层，调节甲烷气体和氢气的上述混合比以及基材温度。
<用途>
例如，根据本实施方案的金刚石被覆工具可以有效地用作切削工具和耐磨损工具。切削工具的实例包括可替换切削刀片、刀头、刀具、钻头、端铣刀等。耐磨工具的实例包括模具、弯曲模、拉模、接合工具等。
实施例
以下，通过实施例更具体地描述本实施方案。然而，本实施方案不受这些实施例的限制。
[试样1至试样8]
(基材准备步骤)
作为金刚石被覆工具的基材，使用由WC-6％Co(硬质合金)构成并且呈钻头形状(钻头直径为6.38mm，芯部厚度为2mm，切削刃长度为15mm，并且具有两个切削刃)的钻头。基材中所含的WC颗粒的体积平均粒径示于表1的“基材”的“粒径”部分中。
对基材的表面进行喷砂处理。喷射压力为0.15MPa至0.35MPa，并且喷射时间为10秒至30秒。然后，将基材浸渍在30质量％的硝酸中，并且浸渍在Murakami试剂中，从而进行基材蚀刻。
(基材的测定)
基于ISO25178对上述经表面处理的基材的表面的算术平均粗糙度Sa进行测定。具体的测定方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“基材”的“Sa”部分。
Figure BDA0002867632310000231
(金刚石层形成步骤)
在如上所述经表面处理的基材的表面上涂布金刚石粉末，从而进行接种处理。以如下方式进行接种处理：用平均粒径为5μm的金刚石粉末摩擦基材表面，然后将基材在乙醇中清洗并干燥。
将经接种处理的基材设置在公知的热丝CVD装置中以形成金刚石层，从而获得金刚石被覆工具。
通过气体流量和压力调节机构将成膜期间的压力维持在5×103Pa。将灯丝温度设定为1900℃至2000℃。第一区域的成膜时间为7.5小时至24小时，第一单元层的成膜时间为4.5小时至25小时，并且第二单元层的成膜时间为4小时至13小时。
在表2的“引入气体”、“基材温度”和“成膜时间”部分中分别示出了在形成各试样中的第一区域、第一单元层和第二单元层的各步骤中的引入气体(甲烷气体和氢气)的组成、基材温度和成膜时间。
Figure BDA0002867632310000251
(基材的Co含量)
在金刚石被覆工具中，通过能量色散X射线光谱测定基材的区域S3中的Co含量。具体的测定方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“基材”的“Co含量”部分中。
(金刚石层的测定)
在获得的金刚石被覆工具的第一区域的区域S1中，计算“随机生长晶粒的面积比”的平均值。具体的计算方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。五个测定视野的“随机生长晶粒的面积比”的平均值如表1的“随机生长晶粒的面积比”部分所示。
计算获得的金刚石被覆工具的第一区域、第一单元层和第二单元层各自的金刚石颗粒的体积平均粒径。具体的计算方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“r1”、“r2”和“r3”部分。
通过拉曼光谱法测定获得的金刚石被覆工具的第一区域、第一单元层和第二单元层各自的平均残余应力。具体的测定方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“σ1”、“σ2”和“σ3”部分。
测定获得的金刚石被覆工具的第一区域、第一单元层和第二单元层各自的sp3强度比。具体的测定方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“I1”、“I2”和“I3”部分。
使用膜截面SEM(扫描电子显微镜)观察图像测量获得的金刚石被覆工具的第一区域、第一单元层和第二单元层各自的厚度。其结果示于表1的“厚度”部分。
测定获得的金刚石被覆工具的第一单元层和第二单元层各自的柱状晶体区域的比率。具体的测定方法如上述实施方案中描述的一样，因此不进行重复描述。其结果示于表1的“柱状晶体区域的比率”部分。
(切削试验)
使用获得的金刚石被覆工具，在下述条件下加工CFRP板(板厚度为12.7mm)。通过加工期间直到剥离(层间剥离)的尺寸达到0.6mm时形成的孔的数量表示工具寿命。孔的数量越大，表明工具寿命越长。其结果示于表1的“工具寿命”部分中。
(切削条件)
加工速度S：120m/min。
进给f：0.1mm/rev。
(分析)
试样2至试样8对应于本公开的实施例。试样1对应于比较例。试样2至试样8(实施例)的工具寿命各自为试样1(比较例)的工具寿命的两倍以上。即，可以确认，即使在难切削材料的高效加工中，试样2至试样8也各自具有长工具寿命。
这可能是因为由于以下两个原因(1)和(2)，因此在各试样2至试样8中，切削刃未被磨圆并且维持了可切削性，所述原因为：(1)由于金刚石膜在基材界面处的密着力高，因此抑制了与基材的剥离；以及(2)由于金刚石膜的耐磨性高，从而抑制了裂纹的发展，金刚石膜磨损缓慢。
图2示出了试样2(实施例)的金刚石被覆工具的截面的透射电子显微镜照片。从图2可以理解，在试样2(实施例)的金刚石层中，在区域S1内晶粒的晶体生长方向是随机的。
相当于比较例的试样1的工具寿命对应于600个孔，这为实施例的工具寿命的约0.5倍以下。这是因为由于以下两个原因(1)和(2)：(1)由于在基材界面处的密着力低，因此在开始切削试验后金刚石膜立即剥离；以及(2)由于金刚石膜的耐磨性低，因此膜立即磨损，因此切削试验开始后切削刃处的基材立即露出，基材磨损，切削刃因此被磨圆，并且不能维持可切削性。
图6示出了试样1(比较例)的金刚石被覆工具的截面的透射电子显微镜照片。从图6可以理解，在试样1(比较例)的金刚石层中，区域S1中晶粒的晶体生长方向不是随机的，而是沿厚度方向排列，并且区域S1由柱状晶体构成。
至此，已经说明了本发明的实施方案和实施例，但是最初期望适当地组合实施方案和实施例的配置，并且以各种方式对它们进行修改。
本文公开的实施方案和实施例在任何方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的权项限定而不是由上述实施方案和实施例限定，并且旨在包括与权利要求的权项等同的含义和范围内的任何修改。
附图标记列表
1：金刚石被覆工具；2：基材；3：金刚石层；3A：第一区域；3B：第二区域；3c：第一单元层；3d：第二单元层；11：区域S1；12：区域S2；13：区域S3；P：界面；Q：上表面；V1：假想面；D1、D2、D3：第一基准线；E1、E2、E3、E4、E5、E6：第二基准线；F1、F2：测定视野的框线。

Claims (12)

1.一种金刚石被覆工具，包括：基材；以及被覆所述基材的金刚石层，其中
所述金刚石层包括与所述基材接触的第一区域，
所述第一区域包括区域S1，该区域S1由所述基材和所述金刚石层之间的界面P以及与所述界面P相隔的距离为2μm的假想面V1包围，并且
所述区域S1具有在随机方向上生长的晶粒。
2.根据权利要求1所述的金刚石被覆工具，其中所述第一区域包括体积平均粒径r1为0.1μm以上2μm以下的金刚石颗粒。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的金刚石被覆工具，其中
所述金刚石层包括在所述第一区域上形成的第二区域，
所述第二区域包括一个以上的单元层，
所述单元层包括与所述第一区域接触的第一单元层，并且
所述r1与r2的比率(r1/r2)为0.05以上20以下，其中所述r2表示所述第一单元层中所含的金刚石颗粒的体积平均粒径。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的金刚石被覆工具，其中
所述金刚石层包括在所述第一区域上形成的第二区域，
所述第二区域包括一个以上的单元层，并且
所述第一区域的平均残余应力σ1不同于与所述第一区域接触的第一单元层的平均残余应力σ2。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的金刚石被覆工具，其中
所述金刚石层包括在所述第一区域上形成的第二区域，
所述第二区域包括一个以上的单元层，并且
I1和I2的比率(I1/I2)为0.1以上10以下，其中所述I1表示所述第一区域的sp3强度比，并且所述I2表示与所述第一区域接触的第一单元层的sp3强度比。
6.根据权利要求3至权利要求5中任一项所述的金刚石被覆工具，其中
所述第二区域包括两个以上的单元层，并且
所述两个以上的单元层包含具有各自不同的体积平均粒径的金刚石颗粒。
7.根据权利要求3至权利要求6中任一项所述的金刚石被覆工具，其中
所述第二区域包括两个以上的单元层，并且
所述两个以上的单元层具有各自不同的平均残余应力。
8.根据权利要求3至权利要求7中任一项所述的金刚石被覆工具，其中
所述第二区域包括两个以上的单元层，并且
所述两个以上的单元层具有各自不同的sp3强度比。
9.根据权利要求3至权利要求8中任一项所述的金刚石被覆工具，其中所述单元层包含柱状晶体。
10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的金刚石被覆工具，其中所述基材包含体积平均粒径为0.1μm以上10μm以下的硬质颗粒。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的金刚石被覆工具，其中所述基材的表面的算术平均粗糙度Sa为0.1μm以上10μm以下。
12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的金刚石被覆工具，其中在由所述界面P和与所述界面P相隔的距离为1μm的假想面V2包围的区域S3中，所述基材的Co含量为0.01质量％以上4质量％以下。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022009374A1 (ja) * 2020-07-09 2022-01-13 住友電工ハードメタル株式会社 ダイヤモンド被覆工具
WO2022259623A1 (ja) 2021-06-11 2022-12-15 京セラ株式会社 被覆工具および切削工具
CN116143518A (zh) * 2021-11-23 2023-05-23 燕山大学 导电高强金刚石/非晶碳复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060216515A1 (en) * 2003-07-31 2006-09-28 A.L.M.T. Corp. Diamond film coated tool and process for producing the same
JP2008100300A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Ngk Spark Plug Co Ltd ダイヤモンド被覆切削インサート及び切削工具
CN102421936A (zh) * 2009-05-18 2012-04-18 斯沃奇集团研究及开发有限公司 涂覆用于机械系统的具有高摩擦性能的微机械部件的方法
JP2012192462A (ja) * 2011-03-15 2012-10-11 Mitsubishi Materials Corp 耐剥離性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆エンドミル
JP2013111711A (ja) * 2011-11-29 2013-06-10 Mitsubishi Materials Corp 靭性と耐摩耗性に優れたダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具
WO2016175088A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 京セラ株式会社 被覆部材

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01317112A (ja) * 1988-06-15 1989-12-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度多結晶ダイヤモンド及びその製造方法
JP3191878B2 (ja) * 1991-02-21 2001-07-23 三菱マテリアル株式会社 気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法
US5236740A (en) 1991-04-26 1993-08-17 National Center For Manufacturing Sciences Methods for coating adherent diamond films on cemented tungsten carbide substrates
EP0671482A1 (en) * 1994-03-11 1995-09-13 General Electric Company Toughened chemically vapor deposited diamond
WO2008105519A1 (ja) * 2007-02-28 2008-09-04 Kyocera Corporation 切削工具およびその製造方法
JP5488873B2 (ja) * 2009-07-13 2014-05-14 三菱マテリアル株式会社 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具
JP4690479B2 (ja) * 2009-08-11 2011-06-01 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド被覆工具
KR101186165B1 (ko) * 2012-02-06 2012-10-02 한국과학기술연구원 신선 다이용 다이아몬드 및 그 제조방법
US20150132539A1 (en) * 2013-08-29 2015-05-14 Jeffrey R. Bailey Process for Applying a Friction Reducing Coating
CN108291299B (zh) * 2015-11-27 2021-09-17 塞梅孔公司 用金刚石层和硬质材料层涂覆体
JP6389556B2 (ja) 2016-10-26 2018-09-12 花王株式会社 精製クロロゲン酸類含有組成物

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060216515A1 (en) * 2003-07-31 2006-09-28 A.L.M.T. Corp. Diamond film coated tool and process for producing the same
JP2008100300A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Ngk Spark Plug Co Ltd ダイヤモンド被覆切削インサート及び切削工具
CN102421936A (zh) * 2009-05-18 2012-04-18 斯沃奇集团研究及开发有限公司 涂覆用于机械系统的具有高摩擦性能的微机械部件的方法
JP2012192462A (ja) * 2011-03-15 2012-10-11 Mitsubishi Materials Corp 耐剥離性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆エンドミル
JP2013111711A (ja) * 2011-11-29 2013-06-10 Mitsubishi Materials Corp 靭性と耐摩耗性に優れたダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具
WO2016175088A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 京セラ株式会社 被覆部材

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